Для какого объекта нужно лазерное сканирование?

3D модель строящегося путепровода 2019

Как у героев известного фильма была традиция накануне Нового года ходить в баню, так и у многих геодезистов существует традиция выполнения в предновогодние дни съёмки одного и того же объекта. У кого-то это очередной цикл наблюдения за деформациями, у кого-то – маркшейдерский замер объёмов полезного ископаемого в карьерах, рудниках, шахтах и местах хранения… Знакомы нам специалисты, которые это делают просто «из любви к искусству».

Восхищаясь этими увлечёнными людьми и, возможно, где-то даже в подражание им, команда TheDrone нашла такой объект и для себя.

Ежегодная съёмка этого, казалось бы, банального путепровода, может дать репрезентативное количество данных для аналитики: мониторинг состояния конструкций и дорожного полотна, деформационный мониторинг, выявление нарушений землепользования, ведение дежурного плана пересечения трасс, исполнительная съёмка коммуникаций (а их вдоль автомагистралей, как известно, целые коридоры) и даже наблюдения за режимом работы теплопроводящих коммуникаций. Аномально тёплая зима позволила даже заняться предновогодним контролем всхожести газонных посевов на укреплённых откосах. У коммерсантов уже давно стало общим местом и так же давно не воспринимается всерьёз повторение как мантры банальностей типа «раньше всё на кальках, синьках и кульманах делали месяцами, а теперь, с нашими технологиями [тут обычно идёт перечисление электронных тахеометров, спутниковых приёмников, лазерных сканеров и других давно не новых чудо-приборов] мы готовы за считанные дни…».

С кульманами, пожалуй, сравнивать не будем – уже моветон. Но какой тахеометр или лазерный сканер одновременно сможет решить все перечисленные задачи, причём в течение 20-25 минут?! Не будем меряться новизной методов. Помятуя о том, что история развивается по спирали, наши специалисты давно для себя решили взять на вооружение изобретённый более ста лет назад и потому давно проверенный метод, названный инженером С.А. Бекневым ещё в 1911 году сверхтопографией.

— Современное развитiе воздухоплаванiя невольно наводитъ на мысль о необходимости примѣнить его для фотографированiя сверху различныхъ участковъ мѣстности и таким образомъ получить точнѣйшiе планы нужныхъ участковъ, — писал Бекнев в научно-литературном издании «Геодезический и топографический журнал» (№2, 1911, стр. 26-29).

Обладая достаточным опытом в применении «сверхтопографии» с использованием «воздухоплаванiя», команда TheDrone в очередной раз, вооружившись тахеометром, ноутбуком и «летающей камерой», вместо приобретения мандаринов и нарезки оливье выдвинулась на трассу М4.

Итак, место действия: Россия, Московская область, городской округ Домодедово, Каширское шоссе, 34-й километр. Координаты: 55.458942 N, 37.757600 E. Разумеется, перед выездом на объект были составлены маршруты с использованием трёхмерной модели, составленной по данным выполненной ранее аэросъёмки. Для подготовки полётных заданий существует множество программ хороших и разных, но мы, как всегда, выбираем Bentley OpenRoads Designer – надёжность и отсутствие сюрпризов превыше всего, особенно когда бой курантов ждать не будет.

Запланировали (и, разумеется, выполнили) четыре маршрута: • в надир; • под углом 45°, отступив на необходимое расстояние для захвата снимаемого объекта; • фасадный маршрут с понижением высоты на 5 метров, с одной стороны объекта; • фасадный маршрут с понижением высоты, с другой стороны объекта.

Для чего столько маршрутов? Почему нельзя обойтись одним или двумя, ведь любая фотокамера захватывает участки пространства с избытком? Почему при современном уровне технологий нельзя сделать всё нажатием одной кнопки?

Для ответов на этот вопрос вновь предоставим слово нашему сверхтопографу, Сергею Александровичу Бекневу: «На первый взглядъ это кажется такъ просто, но при практическомъ выполненiи сразу наталкиваются на цѣлый рядъ трудностей…»

Во-первых, для выполнения съёмки по простроенным маршрутам необходимо три-четыре аккумулятора…

%D0%A4%D0%BE%D1%82%D0%BE 1 %D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D1%8F %D0%AD%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BA%D0%B0%D0%B4%D0%B0 - fotometr.ru

Рисунок 1. Маршруты согласно полётному заданию

Во-вторых, необходима планово-высотная привязка, для чего на земной поверхности и на объектах располагаются опознавательные знаки. Проект планово-высотной привязки также можно (и нужно! – скажут наши специалисты) составлять в Bentley OpenRoads Designer. Эта процедура необходима для точного вычисления элементов внешнего ориентирования.

%D0%A4%D0%BE%D1%82%D0%BE 2 %D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D1%8F %D0%AD%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BA%D0%B0%D0%B4%D0%B0 - fotometr.ru

Рисунок 2. Размещение опознаков на объекте

Опознавательные знаки (на отраслевом жаргоне – просто опознаки) – это предметы в виде креста или круга, резко отличающиеся по цвету и/или его интенсивности от подстилающей поверхности. Для планово-высотной привязки опознаков используются спутниковые геодезические приёмники или тахеометры. Привязка осуществляется к пунктам государственной геодезической сети (ГГС) или к пунктам специальных геодезических сетей (СГС).

%D0%A4%D0%BE%D1%82%D0%BE 3 %D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D1%8F %D0%AD%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BA%D0%B0%D0%B4%D0%B0 - fotometr.ru

Рисунок 3. Установка прибора на пункте ГГС

%D0%A4%D0%BE%D1%82%D0%BE 4 %D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D1%8F %D0%AD%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BA%D0%B0%D0%B4%D0%B0 - fotometr.ru

Рисунок 4. Планово-высотная привязка опознака

%D0%A4%D0%BE%D1%82%D0%BE 5 %D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D1%8F %D0%AD%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BA%D0%B0%D0%B4%D0%B0 - fotometr.ru

Рисунок 5. Размещение опознаков на опорах путепроводаЗдесь надо заметить, что для детальной съёмки нижней части путепровода в дополнение к аэросъёмке выполняется наземная съёмка с использованием фотокамеры (мы пользуемся Samsung NX1000).

%D0%A4%D0%BE%D1%82%D0%BE 6 %D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D1%8F %D0%AD%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BA%D0%B0%D0%B4%D0%B0 - fotometr.ru

Рисунок 6. Съемка путепровода с помощью фотоаппарата Samsung NX1000       О чём не знал Бекнев (а мы уже знаем!) – некоторые опознаки, размещённые на сооружениях, имеют тенденцию отклеиваться. В таких случаях выполняется привязка характерных элементов сооружения. Выполнив за три с половиной часа всю полевую работу, команда «сверхтопографов» отправилась (нет, не за мандаринами в ближайшую «Карусель» через дорогу) прямо в офис за рабочие станции. Обработка 1067 фотоснимков в программном продукте Bentley ContextCapture дала следующие результаты: •     ортофотоплан объекта (тут, да, есть гордость, хотя и преувеличенная, сравнить с «кальками», то есть с возможностями аэросъёмки с аэростатов и воздушных шаров);

%D0%A4%D0%BE%D1%82%D0%BE 7 %D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D1%8F %D0%AD%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BA%D0%B0%D0%B4%D0%B0 - fotometr.ru

Рисунок 7. Аэроснимок 1910-х гг. Источник: Геодезический и топографический журнал, №2, 1911, стр. 27. Российская государственная библиотека, основное хранилище

%D0%A4%D0%BE%D1%82%D0%BE 8 %D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D1%8F %D0%AD%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BA%D0%B0%D0%B4%D0%B0 - fotometr.ru

Рисунок 8. Аэроснимок 2019 г. Путепровод, г.о. Домодедово

• трёхмерная цифровая модель участка местности.

%D0%A4%D0%BE%D1%82%D0%BE 9 %D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D1%8F %D0%AD%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BA%D0%B0%D0%B4%D0%B0 - fotometr.ru

Рисунок 9. Трёхмерная цифровая модель путепроводаНаши постоянные читатели и пользователи наших продуктов и услуг уже знают где можно использовать такие модели. Но вот, например, не совсем традиционное применение: исполнительная съёмка строительства многярусной подпорной стенки. Выполнение такой съёмки тахеометром займёт достаточно продолжительное время.

%D0%A4%D0%BE%D1%82%D0%BE 10 %D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D1%8F %D0%AD%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BA%D0%B0%D0%B4%D0%B0 - fotometr.ru

Рисунок 10. Трёхмерная модель подпорной стенки путепроводаГораздо более важной задачей является контроль состояния мостовых конструкций. При определённых навыках и строгом соблюдении выверенной методики и параметров съёмки может быть достигнута субсантиметровая точность (подробнее об этом в статье о фасадной фотограмметрии на нашем сайте).

%D0%A4%D0%BE%D1%82%D0%BE 11 %D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D1%8F %D0%AD%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BA%D0%B0%D0%B4%D0%B0 - fotometr.ru

Рисунок 11. Трёхмерная модель мостовых конструкцийВыбор программного обеспечения для обработки данных, как правило, обуславливается требованиями к детальности моделей и скорости их построения. Поскольку задачей являлось получение высокой детализации, а фотоснимков было достаточно много, этот объект обрабатывался в Bentley ContextCapture. Необходимо заметить, что для быстрой и детальной обработки необходимо иметь вычислительную станцию с определёнными характеристиками. Мы пользовались следующей: • портативный компьютер DELL G5 5590. • процессор Intel Core i7 9750H 2600 МГц. • видеокарта Intel UHD Graphics 630, NVIDIA GeForce RTX 2060. • оперативная память 16 ГБ DDR4 2666 МГц. Временные затраты на полный цикл построения модели: • 2 часа на подготовку проекта; • 3,5 часа на полевую работу; • 18 часов на полную обработку в программном обеспечении.

%D0%A4%D0%BE%D1%82%D0%BE 12 %D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D1%8F %D0%AD%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BA%D0%B0%D0%B4%D0%B0 - fotometr.ru

Рисунок 12. Модель путепровода может быть использована для составления плана пересечений с другими дорогами и коммуникациямиТеперь ответ на главный вопрос – о погрешности построений. По измеренным опорным точкам погрешность построения моделей получилась в плане ±26 мм, по высоте ±21 мм. Полученные значения погрешностей по вертикальной оси обуславливаются разнесением опознаков не только в плане, но и по высоте на полные габариты объекта. Само собой, модель может быть использована по своему классическому назначению – для создания инженерно-топографических планов масштаба 1:500 и даже 1:200. Достигнутые погрешности высотной составляющей позволяют создавать топографические планы с сечением рельефа горизонталями через 0.25 м.

%D0%A4%D0%BE%D1%82%D0%BE 13 %D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D1%8F %D0%AD%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BA%D0%B0%D0%B4%D0%B0 - fotometr.ru

Рисунок 13. Пространственное разрешение и точность модели позволяет использовать её для любых топографических задачВажно, что для использования трёхмерных цифровых моделей для решения всех перечисленных инженерных задач не требуется, в отличие от классической геодезии, выполнения нескольких съёмок различными способами и приборами. Один маршрут полёта беспилотного летательного аппарата приносит материал, достаточный для одновременного использования в различных направлениях. В отличие от профессиональных иллюзионистов, мы не скрываем секреты мастерства. Ждём всех заинтересованных специалистов на наших вебинарах, курсах и программах внедрения технологии в производственный процесс. При разовых потребностях весь цикл работ возьмём на себя.

А скептиков, сомневающихся в чудодейственности сверхтопографии, возможно, убедит тот факт, что инженер Бекнев своими трудами заслужил от советского Правительства в 1920-х гг. квартиру на Лубянском проезде с собственным телефоном и работал в системе ВСНХ (источник: Адресная и справочная книга «Вся Москва» на 1927 год. V отдел). Не каждый, знаете ли, инженер, проживал на Лубянке. Что в те годы, что в эти…

%D0%A4%D0%BE%D1%82%D0%BE 14 %D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D1%8F %D0%AD%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BA%D0%B0%D0%B4%D0%B0 - fotometr.ru

Рисунок 14. Модель дорожного покрытия

Поделитесь с коллегами